KR20150029866A - The Circuit and method for conducting soft turn-off - Google Patents

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정지혜
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Abstract

The present invention relates to a soft turn-off circuit. A current control terminal of a first semiconductor switching device is connected to a current input terminal. A current output terminal includes a second semiconductor switching device which is connected to the ground, a resistor whose one end is connected to the current input terminal of the second semiconductor switching device and the other end is connected to the current control terminal of the second semiconductor switching device, and a sink pin which applies a low value to the current control terminal of the second semiconductor switching device.

Description

소프트 턴-오프 회로 및 방법 {The Circuit and method for conducting soft turn-off}[0001] The present invention relates to a soft turn-off circuit,

본 발명은 반도체 스위칭 소자의 구동 회로의 소프트 턴-오프 회로에 관한 것이다.
The present invention relates to a soft turn-off circuit of a drive circuit of a semiconductor switching element.

대용량 스위칭소자인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar transistor)의 기술 발전에 힘입어, 이를 이용한 전력변환장치나 전동기 구동회로에 대한 개발이나 응용이 널리 진행되고 있으며, 이러한 절연 게이트 양극성 트랜지스터는 기존의 게이트 턴-오프 사이리스터(GTO, Gate Turn-off Thyristor) 소자 등을 빠르게 대체해 가고 있다. BACKGROUND ART [0002] Development and application of power conversion devices and motor drive circuits using the large-capacity switching devices, which are based on the development of insulated gate bipolar transistors (IGBTs), have been widely carried out. And gate turn-off thyristor (GTO) devices of the related art.

그리고, 이와 함께 이러한 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 구동하는 회로도 더 안정된 기능 및 신뢰도를 확보하는 것이 중요하게 되었으며, 그 중에서도 과도한 전압변화나 전류변화에 의한 소자의 손상이나 노이즈의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 회로가 요구되고 있는 실정이다.In addition, it has become important to secure a more stable function and reliability of the circuit for driving such an insulated gate bipolar transistor. In particular, a circuit capable of effectively preventing damage or noise of the device due to excessive voltage change or current change Is required.

즉, 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 개발 기술이 획기적으로 발전하고 있는 가운데, 이러한 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 사용한 시스템의 신뢰성 및 수명을 보장하기 위한 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 구동 기술 또한 상당히 중요해지고 있다고 할 수 있다. 따라서, 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 안정적인 스위칭 동작을 보장하는 것은 기본이고, 소자 및 시스템의 보호를 위한 보호동작이 이루어질 때 과도한 전압변화(dv/dt) 및 전류변화(di/dt)에 의한 소자의 손상이나 노이즈에 대한 대책이 필요해지고 있는 실정이다.That is, while the technology for developing an insulated gate bipolar transistor has been remarkably developed, the driving technology of the insulated gate bipolar transistor for securing the reliability and lifetime of the system using such an insulated gate bipolar transistor is also becoming important. Therefore, it is essential to ensure the stable switching operation of the insulated gate bipolar transistor, and it is essential to ensure that when the protection operation for protection of the device and the system is performed, the damage of the device due to excessive voltage change (dv / dt) And measures against noise are required.

일반적으로 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 고장 상황은 부하에 전류가 과다하게 걸리는 과전류 상황과 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 암(Arm)이 동시에 도통되어 쇼트(Short)되는 암 쇼트(Arm Short)상황으로 분류된다. In general, the fault situation of an insulated gate bipolar transistor is classified into an overcurrent situation in which the current is overloaded to the load and an arm short condition in which the arm of the insulated gate bipolar transistor is simultaneously energized.

이러한 고장상황에 대하여, 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 게이트 신호의 제어를 담당하는 '게이트보드'는 고장을 감지하여, 모듈을 보호하기 위하여 게이트 신호를 오프(off) 신호를 내보내는 것과 같은 조치를 취하게 된다.For such a fault situation, a 'gate board', which is responsible for controlling the gate signal of the insulated gate bipolar transistor, will sense the fault and take action, such as sending an off signal to the gate signal to protect the module .

그러나, 게이트 오프 신호가 빠르게 차단되는 경우, 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 도통 전류가 급격하게 변화게 되고, 이로 인하여 과도한 전압이 발생하게 된다. 즉, 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 콜렉터(Collector)와 에미터(Emitter) 양단 사이의 전류변화(di/dt)가 커져서 Vce가 과다하게 되고, 이 Vce의 피크(peak)값이 모듈의 내압을 초과하게 되면 모듈이 소손되게 되는 것이다. 따라서 이를 방지하기 위하여 '소프트 턴-오프'와 같은 기법이 사용되기도 한다. However, when the gate off signal is rapidly cut off, the conduction current of the insulated gate bipolar transistor is abruptly changed, resulting in an excessive voltage. That is, the current change (di / dt) between the collector of the insulated gate bipolar transistor and both ends of the emitter becomes large so that Vce becomes excessive and the peak value of Vce exceeds the breakdown voltage of the module The module will be destroyed. Therefore, a technique such as 'soft turn-off' may be used to prevent this.

도면 5도는 직접회로를 사용하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 보호하는 종래 회로를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a conventional circuit for protecting an insulated gate bipolar transistor using an integrated circuit.

종래의 소프트 턴 오프 회로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 게이트 단자에는 전용 구동 회로(10, Driver IC)의 Vout 단자와 Soft-off 단자가 연결되어 있다. In the conventional soft turn-off circuit, the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor is connected to the Vout terminal and the soft-off terminal of the dedicated driving circuit (Driver IC 10).

이러한 종래 회로는 전용 구동 회로(10)를 이용하여 소프트 턴-오프를 구현하기 때문에, 구동회로 자체에서 소프트 턴-오프 기능을 제공하여야 하고, 이러한 기능이 없으면 소프트 턴-오프 기능을 구현하기 불가능하였다. Since such a conventional circuit realizes a soft turn-off by using the dedicated drive circuit 10, it is necessary to provide a soft turn-off function in the drive circuit itself, and without such a function, it is impossible to implement a soft turn-off function .

그리고, 전용 구동 회로(10)에 따라 이미 정해진 사양(Spec)에 따라 소프트 턴-오프를 구현하여야 하므로, 시간 제어와 싱크(Sink) 전류량 제어에 어려움이 존재하는 문제점이 있었다.In addition, since it is necessary to implement the soft turn-off according to the predetermined specification according to the dedicated driving circuit 10, there is a problem that there is difficulty in time control and control of the sink current amount.

또한, 이러한 종래 회로는 상대적으로 고가인 전용 구동 회로(10)를 사용하여 소프트 턴-오프를 구현하기 때문에, 전체적인 제작 비용이 높아지는 문제점도 있었다.In addition, since such a conventional circuit realizes soft turn-off by using the dedicated drive circuit 10 which is relatively expensive, there is a problem that the manufacturing cost as a whole is increased.

도면 6도는 알씨(RC) 방전을 이용하여 소프트 턴-오프를 구현한 종래 회로를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing a conventional circuit implementing a soft turn-off using an RC discharge.

도면 6도의 회로는 저항(20)과 캐패시터(30)을 이용하여 간단한 RC 회로를 구현할 수 있다는 장점이 있으나, 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 게이트 단의 전류를 소모하는 방법은 방전 시간이 매번 다르므로 일정한 소프트-턴 오프 제어에 어려움이 있다는 문제가 있었다.Although the circuit of FIG. 6 has an advantage that a simple RC circuit can be implemented using the resistor 20 and the capacitor 30, the method of consuming the current at the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor is different in each discharge time, - There was a problem that the turn-off control was difficult.

그리고, 싱크 핀의 내부의 드레인-소스 저항 및 싱크 전류 최대량 등의 싱크 핀의 속성이 상이하여 턴-오프 시정수를 결정하기가 용이하지 않다는 문제점이 있었다. Further, there is a problem that it is not easy to determine the turn-off time constant because the characteristics of the sink pin such as the drain-source resistance and the maximum sink current inside the sink pin are different.

도면 7도는 소프트 턴-오프가 구현됨에 따라 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 콜렉터 단자와 에미터 단자 사이의 전압값의 변화를 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing the change in the voltage value between the collector terminal and the emitter terminal of the insulated gate bipolar transistor as the soft turn-off is implemented.

도면 7도의 그래프를 통하여, 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 게이트 단자의 전압을 빠르게 차단하면 피크 전압(Vpeak)가 약 1360 볼트(V)까지 상승하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 소프트 턴-오프가 구현되어 게이트 단자의 전류를 천천히 빼주면, 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 피크 전압이 1280 볼트까지 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
Referring to the graph of FIG. 7, it can be seen that when the voltage at the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor is rapidly cut off, the peak voltage Vpeak rises to about 1360 volts. However, when the soft turn-off is implemented and the current at the gate terminal is slowly pulled off, the peak voltage of the insulated gate bipolar transistor drops to 1280 volts.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 일정한 소프트 턴-오프 특성을 보이는 소프트 턴-오프 회로를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a soft turn-off circuit having a constant soft turn-off characteristic.

또한, 오픈 드레인 방식의 싱크 핀, 저항 및 트랜지스터를 이용하여, 전용 구동 회로를 사용하지 않고도 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 소프트 턴-오프가 가능한 간단한 구조의 소프트 턴-오프 회로를 제공하고자 한다.It is also intended to provide a soft turn-off circuit of a simple structure which can perform soft turn-off of an insulated gate bipolar transistor without using a dedicated drive circuit by using an open-drain sink pin, a resistor and a transistor.

또한, 시정수의 조절이 용이한 소프트 턴-오프 회로를 제공하고자 한다.Further, it is desirable to provide a soft turn-off circuit in which the time constant can be easily adjusted.

또한, 소프트 턴-오프 시의 싱크 경로를 PNP 트랜지스터를 이용하여 제공함으로써, 보다 상승된 전류 내압을 가지는 소프트 턴-오프 회로를 제공하고자 한다.Further, it is desirable to provide a soft turn-off circuit having a higher current withstand voltage by providing a sink path at the time of soft turn-off using a PNP transistor.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 제1 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자에 전류유입단자가 연결되고, 전류유출단자는 그라운드(Ground)에 연결되는 제2 반도체 스위칭 소자; 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 상기 전류유입단자에 일단이 연결되고, 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자에 타단이 연결되는 저항; 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 상기 전류조절단자에 로우(Low)값을 인가할 수 있는 싱크(Sink)핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 회로를 제공한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a semiconductor switching device comprising: a second semiconductor switching element having a current control terminal connected to a current control terminal of a first semiconductor switching element and a current output terminal connected to a ground; A resistor having one end connected to the current input terminal of the second semiconductor switching element and the other end connected to the current control terminal of the second semiconductor switching element; And a sink pin capable of applying a low value to the current control terminal of the second semiconductor switching element.

또한, 상기 제2 반도체 스위칭 소자는 피엔피 트랜지스터(PNP TR)이고, 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자는 베이스(Base) 단자이고, 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유입단자는 에미터(Emiiter) 단자이며, 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유출단자는 콜렉터(Collector) 단자인 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 회로를 제공한다.Also, the second semiconductor switching element is a PNP transistor, the current control terminal of the second semiconductor switching element is a base terminal, and the current input terminal of the second semiconductor switching element is an emitter Off terminal of the second semiconductor switching element is a collector terminal, and the current output terminal of the second semiconductor switching element is a collector terminal.

또한, 상기 싱크핀은 오픈 드레인(Open Drain) 방식의 싱크핀 또는 다용도 입출력 포트(GPIO)인 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 회로를 제공한다.Also, the present invention provides a soft turn-off circuit characterized in that the sink pin is an open drain sink pin or a multipurpose input / output port (GPIO).

또한, 상기 제1 반도체는 절연 게이트 양방향 트랜지스터(IBGT)이고, 상기 제1 반도체의 전류조절단자는 게이트(Gate) 단자인 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 회로를 제공한다.Also, the first semiconductor is an insulated gate bidirectional transistor (IBGT), and the current control terminal of the first semiconductor is a gate terminal.

또한, 본 발명에서는 제1 반도체 스위칭 소자의 고장 상황이 발생하면 싱크핀의 출력이 로우(Low)로 변화시키는 단계; 상기 제1 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자에 축적되었던 전류가 제2 반도체 소자의 전류유입단자와 전류유출단자 사이의 저항을 통하여 상기 싱크(Sink)핀으로 흘러서 상기 저항에 전압을 발생시키는 단계; 상기 저항에 전압이 발생 됨에 따라. 상기 제1 반도체 소자의 전류조절단자에 축적된 전류가 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유입단자와 전류유출단자를 통하여 그라운드(Ground)로 빠지는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a semiconductor switching device, the method comprising: changing an output of a sink pin to a low level when a failure occurs in the first semiconductor switching device; Causing a current accumulated in a current control terminal of the first semiconductor switching element to flow to the sink pin through a resistor between a current input terminal and a current output terminal of the second semiconductor element to generate a voltage in the resistor; As the voltage is generated in the resistor. And a step in which a current stored in a current control terminal of the first semiconductor element is grounded through a current input terminal and a current output terminal of the second semiconductor switching element. .

또한, 상기 제1 반도체 스위칭는 절연 게이트 양방향 트랜지스터(IGBT)이고, 상기 제1 반도체의 전류조절단자는 게이트(Gate) 단자이며, 상기 제2 반도체 스위칭 소자는 피엔피 트랜지스터(PNP TR)이고, 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자는 베이스(Base)이며, 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유입단자는 에미터(Emiiter) 단자이고, 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유출단자는 콜렉터(Collector) 단자이며, 상기 싱크핀은 오픈 드레인(Open Drain) 방식의 싱크핀 또는 다용도 입출력 포트(GPIO)인 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 방법을 제공한다.Also, the first semiconductor switching may be an insulated gate bi-directional transistor (IGBT), the current control terminal of the first semiconductor may be a gate terminal, the second semiconductor switching element may be a PNT transistor (PNP TR) 2 current switching terminal of the second semiconductor switching element is a base, a current input terminal of the second semiconductor switching element is an emitter terminal, and a current output terminal of the second semiconductor switching element is a collector terminal And the sink pin is an open drain sink pin or a multipurpose input / output port (GPIO).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 소프트 턴-오프 회로는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the soft turn-off circuit according to the present invention has the following effects.

첫째, 싱크(Sink) 방식의 오픈-드레인(Open drain) 핀만 있으면 구현이 가능하므로, 전용 드라이브 집적회로(Drive IC) 없이도 일반적인 마이컴 또는 CPLD가 가지고 있는 GPIO 포트로도 구현이 가능하다. 따라서, 게이트 IC에 비의존적인 소프트 턴-오프 회로를 제공할 수 있는 효과가 있다.First, it can be implemented as a GPIO port of general microcomputer or CPLD without a drive IC, since it can be realized by using a sink-type open drain pin only. Therefore, it is possible to provide a soft turn-off circuit that is independent of the gate IC.

둘째, 고정된 바이어스(Bias) 전압에 의해 턴-오프시 싱크 전류량을 제어하므로 일정한 소프트 턴 오프 특성을 가지는 회로를 제공할 수 있는 효과가 있다.Secondly, since the amount of sink current is controlled by the fixed bias voltage during turn-off, it is possible to provide a circuit having a constant soft turn-off characteristic.

셋째, 소프트 턴-오프의 싱크 경로를 피엔피 트랜지스터(PNP TR)를 이용해 제공함으로써, 일반적 IC의 싱크 전유 내압보다 크게 가져갈 수 있고, 보다 안전한 솔루션을 제공할 수 있는 효과가 있다.
Third, by providing the sink path of the soft turn-off by using the PNP transistor (PNP TR), it is possible to bring the sink path higher than the sinking full-current withstand voltage of the general IC, thereby providing a safer solution.

도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로가 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 게이트 드라이버 회로에 연결된 모습을 보여주는 도면이다.
도면 2도는 피엔피 트랜지스터의 베이스 단자와 에미터 단자에 인가되는 전압에 따라서 피엔피 트랜지스터의 에미터 단자와 콜렉터 단자에 흐르는 전류(Ic)의 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로가 실제 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 구동회로에 설치되어 있는 모습을 보여주는 그래프이다.
도면 4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로가 작동함으로써 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 게이트 단자의 전압이 서서히 떨어지는 소프트 턴-오프 효과가 구현된 것을 확인한 그래프이다.
도면 5도는 직접회로를 사용하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터를 보호하는 종래 회로를 나타내는 도면이다.
도면 6도는 알씨(RC) 방전을 이용하여 소프트 턴-오프를 구현한 종래 회로를 나타내는 도면이다.
도면 7도는 소프트 턴-오프가 구현됨에 따라 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 콜렉터 단자와 에미터 단자 사이의 전압값의 변화를 보여주는 그래프이다.FIG. 1 is a diagram showing a soft turn-off circuit according to a preferred embodiment of the present invention connected to a gate driver circuit of an insulated gate bipolar transistor.
2 is a graph showing the results of measurement of the current Ic flowing through the emitter terminal and the collector terminal of the pn junction transistor according to the voltage applied to the base terminal and the emitter terminal of the pn junction transistor.
FIG. 3 is a graph showing a state where a soft turn-off circuit according to a preferred embodiment of the present invention is installed in a drive circuit of an actual insulated gate bipolar transistor.
4 is a graph showing that a soft turn-off effect in which the voltage of the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor gradually decreases due to the operation of the soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention is realized.
5 is a diagram illustrating a conventional circuit for protecting an insulated gate bipolar transistor using an integrated circuit.
FIG. 6 is a diagram showing a conventional circuit implementing a soft turn-off using an RC discharge.
7 is a graph showing the change in the voltage value between the collector terminal and the emitter terminal of the insulated gate bipolar transistor as the soft turn-off is implemented.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and are herein described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로가 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 게이트 드라이버 회로에 연결된 모습을 보여주는 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing a soft turn-off circuit according to a preferred embodiment of the present invention connected to a gate driver circuit of an insulated gate bipolar transistor.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로는 피엔피 트랜지스터(200, PNP Transistor), 저항(100) 그리고 피엔피 트랜지스터(200)의 게이트 단자에 로우(Low) 신호를 인가할 수 있는 싱크(Sink)핀(300)을 포함하여 구성될 수 있다.The soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention includes a soft turn-off circuit including a pnp transistor 200, a resistor 100, and a sink capable of applying a low signal to gate terminals of the pnp transistor 200. [ And a sink pin 300.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자에 축적된 전하를 그라운드로 천천히 빠지도록 하기 위하여, 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자와 베이스 단자 사이에 저항(100)을 구비할 수 있다. 이러한 저항(100)은 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자와 베이스 단자에 설치되기 때문에, 저항 알비이(Rbe)로 약칭될 수도 있다. 그리고, 피엔피 트랜지스터(200)의 콜렉터 단자는 접지, 즉 그라운드 측에 연결될 수 있다. 피엔피 트랜지스터(200)의 게이트 단자에는 싱크핀(300)이 연결될 수 있다The soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention is configured such that the charge stored in the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 is slowly dropped to the ground, A resistor 100 may be provided. Since the resistor 100 is provided at the emitter terminal and the base terminal of the pnp transistor 200, it may be abbreviated as a resistor Riebe. The collector terminal of the pn junction transistor 200 may be connected to the ground, that is, to the ground side. A sink pin 300 may be connected to the gate terminal of the PnEF transistor 200

싱크핀(300)은 오픈 드레인(Open Drain)방식의 싱크핀으로 구성될 수 있으며, 또한 일반적인 마이컴(Micom)의 다용도 입출력 포트(GPIO, General Purpose Input Output)로도 구성될 수 있다. 그리고, 일반적인 마이컴으로는 복합 프로그래머블 논리 소자(CPLD, Complex Programmagle Logic Device)이 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 싱크핀(300)을 제공하는 수단은 이에 한정되는 것은 아니고, 피엔피 트랜지스터(200)의 게이트 단자에 로우 신호를 인가할 수 있는 것이면 다른 이와 균등한 수단을 활용할 수도 있다. 그리고, 여기서 지칭하는 로우 신호라는 것은 일반적인 전자 장비 내에서 사용되는 전압값의 하이(High)에 대응되는 값일 수 있고, 이진수로 표현하면 '1'에 대응되는 '0'에 해당하는 값일 수 있다.The sink pin 300 may be formed of an open drain sink pin or may be a general purpose input output (GPIO) of a general microcomputer. As a general microcomputer, a complex programmable logic device (CPLD) can be used. However, the means for providing the sink pin 300 is not limited to this, and other equivalent means may be used as long as it can apply a low signal to the gate terminal of the PnF transistor 200. The low signal referred to herein may be a value corresponding to a high value of a voltage value used in general electronic equipment, and may be a value corresponding to '0' corresponding to '1' in binary numbers.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로의 동작과정을 살펴보면 다음과 같다. The operation of the soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention will be described below.

일반적으로 게이트 드라이버(500)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자에 게이트 오프 신호를 게이트 오프 저항(Roff)를 통하여 빠르게 차단할 수 있다. 하지만, 이렇게 게이트 오프 신호를 빠르게 차단하는 경우, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 콜렉터 단자와 에미터 단자 사이에 흐르는 도통 전류가 급격하게 변하게 된다. 이는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 콜레터 단자와 에미터 단자 사이의 급격한 전압 증가를 발생시킬 수 있다. 따라서, 이를 위하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자의 전하를 천천히 제거시키는 기술이 필요하다. 이러한 기술은 일반적으로 소프트 턴-오프 기술이라고 불려질 수 있다.Generally, the gate driver 500 can quickly shut off the gate off signal to the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 through the gate off resistance Roff. However, when the gate-off signal is rapidly cut off in this manner, the conduction current flowing between the collector terminal and the emitter terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 is abruptly changed. This can result in a sudden voltage increase between the collector terminal and the emitter terminal of the insulated gate bipolar transistor 400. Therefore, there is a need for a technique for slowly removing the charge at the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 for this purpose. This technique is generally referred to as a soft turn-off technique.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자의 전하를 천천히 제거하기 위하여, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자에 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터가 연결되고 피엔피 트랜지스터(200)의 콜렉터 단자는 접지에 연결되는 형식으로 구성될 수 있다.The soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention includes a gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 and a gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 to slowly remove the charge of the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400. [ And the collector terminal of the pn junction transistor 200 is connected to the ground.

먼저, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 부하에 전류가 과다하게 걸리는 과전류 상황이나 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 암이 동시에 도통되어 쇼트되는 암쇼트 상황이 발생하게 되면, 암 쇼트 디텍트 시그널(Arm Short Detect Signal) 등이 오픈 드레인 방식의 싱크핀(300)을 구비하고 있는 마이컴 등에 인가될 수 있다. 이러한 암 쇼트 디텍트 시그널을 입력받은 마이컴은 싱크핀(300)의 전압을 로우로 떨어뜨릴 수 있다. First, when an overcurrent condition occurs in which an excessive current is applied to the load of the insulated gate bipolar transistor 400 or a short-circuit condition occurs in which the arm of the insulated gate bipolar transistor 400 is short-circuited to be short-circuited, A short detection signal, or the like may be applied to a microcomputer having an open drain type sink pin 300 or the like. The microcomputer receiving the dark short detection signal can drop the voltage of the sink pin 300 to a low level.

싱크핀(300)의 전압이 로우로 떨어지게 되면, 싱크핀(300)을 통하여 전류(Isink)가 흐르게 되고 이는 피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자와 에미터 단자에 연결된 저항(100)을 통하여 전압이 형성되게 한다. 따라서, 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자와 베이스 단자에 전압이 바이어스(Bias)됨으로서 피엔피 트랜지스터(200)는 턴 온이 되게 된다. When the voltage of the sink pin 300 drops to a low level, a current Isink flows through the sink pin 300. This current flows through the resistor 100 connected to the base terminal of the pnp transistor 200 and the emitter terminal, . Therefore, the voltage is biased to the emitter terminal and the base terminal of the pnp transistor 200, and the pnp transistor 200 is turned on.

피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자와 에미터 단자에 인가된 전압 값은 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자와 콜렉터 단자로 흐르는 전류(Ic)의 값을 결정할 수 있다. 즉, 피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자와 에미터 단자에 인가되는 전압이 크면 클수록 전류(Ic)의 값이 커지게 되고, 작아지면 작아질수록 전류(Ic)의 값도 작아질 수 있다. 따라서, 피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자와 에미터 단자에 연결되는 저항(100)의 값을 자유롭게 선택함에 따라, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자에 축적되어 있는 전하를 그라운드로 빼주는 시간을 자유롭게 결정할 수 있다. The voltage value applied to the base terminal and the emitter terminal of the pnp transistor 200 can determine the value of the current Ic flowing to the emitter terminal and the collector terminal of the pnp transistor 200. That is, the larger the voltage applied to the base terminal and the emitter terminal of the Pnp transistor 200 is, the larger the value of the current Ic becomes, and the smaller the voltage is, the smaller the value of the current Ic can be. Therefore, by freely selecting the value of the resistor 100 connected to the base terminal and the emitter terminal of the PnP transistor 200, the time required to extract the charge accumulated at the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 to ground Can be freely determined.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로의 피엔피 트랜지스터(200)에서는 에미터 단자가 전류유입단자로, 콜렉터 단자가 전류유출단자로 지칭될 수 있다. 그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자는 전류조절단자로 지칭될 수 있다. In the PnEFET transistor 200 of the soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention, the emitter terminal may be referred to as a current input terminal and the collector terminal as a current output terminal. The base terminal of the Pnp transistor 200 according to the preferred embodiment of the present invention may be referred to as a current control terminal.

이렇게, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로는 싱크 방식의 오픈 드레인 싱크핀만 있으면 구현이 가능하므로 전용 드라이브 집적회로가 일반적인 마이컴 또는 복합 프로그래머블 논리 소자가 구비하고 있는 다용도 입출력 포트만으로도 구현이 가능하므로, 게이트 집적회로에 비의존적인 소프트 턴-오프 회로를 제공할 수 있는 것이다.As described above, the soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention can be realized only by using a sink type open drain sink pin, so that the dedicated drive integrated circuit can be realized by a general purpose microcomputer or a multipurpose input / It is possible to provide a soft turn-off circuit that is independent of the gate integrated circuit.

도면 2도는 피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자와 에미터 단자에 인가되는 전압에 따라서 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자와 콜렉터 단자에 흐르는 전류(Ic)의 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.2 is a graph showing a result of measuring the value of the current Ic flowing through the emitter terminal and the collector terminal of the Pnp transistor 200 according to the voltage applied to the base terminal and the emitter terminal of the PnP transistor 200 to be.

해당 실험을 각각 상이한 온도에서 실시되었으며, 도면 2도 상에서 ①은 약 - 55℃에서 측정한 결과를 나타내는 그래프이고, ②는 약 25℃, ③은 약 100℃에서의 결과를 나타내는 그래프이다.The experiment was carried out at different temperatures. In the graph of FIG. 2, (1) is a graph showing the results measured at about -55 ° C, (2) is a graph showing the results at about 25 ° C, and (3) at about 100 ° C.

도면 2도의 그래프를 통하여 피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자와 에미터 단자에 걸리는 전압이 커질수록, 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자와 콜렉터 단자를 통하여 흐르는 전류(Ic)의 값이 커지는 것을 확인할 수 있다.As the voltage applied to the base terminal and the emitter terminal of the PnP transistor 200 increases, the value of the current Ic flowing through the emitter terminal and the collector terminal of the PnP transistor 200 becomes larger .

또한, 도면 2도를 통하여, 온도가 높아질수록 피엔피 트랜지스터(200)의 베이트 단자와 이미터 단자에 걸리는 전압이 작아도, 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자와 콜렉터 단자 사이에 흐르는 전류(Ic)의 값이 더 커지는 것을 확인할 수 있었다.2, the current flowing between the emitter terminal and the collector terminal of the Pnp transistor 200 (Ic (see FIG. 2)) is higher than the current flowing through the emitter terminal of the Pnp transistor 200 ) Was larger than that of the sample.

따라서, 도면 2도의 실험을 통하여 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 소프트 턴-오프 회로가 작동되는 범위인 -55℃에서 부터 100℃까지의 범위에서 피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자와 에미터 단자에 걸리는 전압을 적절히 조절함으로써 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자와 콜렉터 단자에 흐르는 전류를 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다.Therefore, through the experiment of FIG. 2, in the range from -55 ° C to 100 ° C, in which the soft turn-off circuit used in the preferred embodiment of the present invention is operated, the base terminal of the Pn ent transistor 200 and the emitter It is confirmed that the current flowing to the emitter terminal and the collector terminal of the pnp transistor 200 can be controlled by appropriately adjusting the voltage applied to the terminal.

도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로가 실제 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 구동회로에 설치되어 있는 모습을 보여주는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing a state where a soft turn-off circuit according to a preferred embodiment of the present invention is installed in a drive circuit of an actual insulated gate bipolar transistor 400.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로는 그러나 반드시 도면 3도의 회로에 설치될 필요는 없으며, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자에 피엔피 트랜지스터(200)의 에미터 단자가 연결되고, 피엔피 트랜지스터(200)의 콜렉터 단자가 접지에 연결될 수 있으면 다양하게 변경되어 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 구동 회로에 구비될 수 있다.The soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention does not necessarily need to be installed in the circuit of FIG. 3, however, the emitter terminal of the pnp transistor 200 is connected to the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 So that the collector terminal of the pnp transistor 200 can be connected to the ground, so that it can be provided in the gate driving circuit of the insulated gate bipolar transistor 400.

도면 4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로가 작동함으로써 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자의 전압이 서서히 떨어지는 소프트 턴-오프 효과가 구현된 것을 확인한 그래프이다.4 is a graph showing that a soft turn-off effect in which the voltage of the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400 gradually decreases due to the operation of the soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention is realized.

도면 4도 상에서 ①번 그래프는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자의 전압값을 보여주는 그래프이고, ②번 그래프는 피엔피 트랜지스터(200)의 베이스 단자의 전압, ③번 그래프는 디세추레이션 전압(desaturation voltage), ④번 그래프는 피엔피 트랜지스터(200)의 컬렉터 단자와 에미터 단자 양단의 전압값을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the voltage value of the gate terminal of the insulated gate bipolar transistor 400, the graph of the 2 & cir & is the voltage of the base terminal of the pnp transistor 200, (desaturation voltage), and the graph (4) is a graph showing voltage values at both the collector terminal and the emitter terminal of the pnp transistor 200.

도면 4도 상의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 게이트 단자의 전압이 서서히 떨어지는 것을 통하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 턴-오프 회로가 절연 게이트 양극성 트랜지스터(400)의 고장 상황이 발생하여 게이트 오프 신호가 빠르게 차단되는 상황에서도 바람직하게 작동하고 있음을 확인할 수 있다.The soft turn-off circuit according to the preferred embodiment of the present invention, through the slow drop of the gate terminal voltage of the insulated gate bipolar transistor 400 in FIG. 4, causes a fault situation of the insulated gate bipolar transistor 400, It can be confirmed that it works well even in a situation where the off signal is rapidly cut off.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

10 : 전용 구동 회로
20 : 저항
30 : 캐패시터
100 : 저항
200 : 피엔피 트랜지스터
300 : 싱크핀
400 : 절연 게이트 양극성 트랜지스터
500 : 게이트 드라이버10: dedicated driving circuit
20: Resistance
30: Capacitor
100: Resistance
200:
300: sink pin
400: insulated gate bipolar transistor
500: gate driver

Claims (6)

제1 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자에 전류유입단자가 연결되고, 전류유출단자는 그라운드(Ground)에 연결되는 제2 반도체 스위칭 소자;
상기 제2 반도체 스위칭 소자의 상기 전류유입단자에 일단이 연결되고, 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자에 타단이 연결되는 저항;
상기 제2 반도체 스위칭 소자의 상기 전류조절단자에 로우(Low)값을 인가할 수 있는 싱크(Sink)핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 회로.
A second semiconductor switching element having a current input terminal connected to the current control terminal of the first semiconductor switching element and a current output terminal connected to the ground;
A resistor having one end connected to the current input terminal of the second semiconductor switching element and the other end connected to the current control terminal of the second semiconductor switching element;
And a sink pin capable of applying a low value to the current control terminal of the second semiconductor switching element.
제1항에 있어서,
상기 제2 반도체 스위칭 소자는 피엔피 트랜지스터(PNP TR)이고,
상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자는 베이스(Base) 단자이고,
상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유입단자는 에미터(Emiiter) 단자이며,
상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유출단자는 콜렉터(Collector) 단자인 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 회로.
The method according to claim 1,
The second semiconductor switching element is a PNP transistor (PNP TR)
The current control terminal of the second semiconductor switching element is a base terminal,
The current input terminal of the second semiconductor switching element is an emitter terminal,
And a current output terminal of the second semiconductor switching element is a collector terminal.
제1항에 있어서,
상기 싱크핀은 오픈 드레인(Open Drain) 방식의 싱크핀 또는 다용도 입출력 포트(GPIO)인 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 회로.
The method according to claim 1,
Wherein the sink pin is an open drain sink pin or a multipurpose input / output port (GPIO).
제1항에 있어서,
상기 제1 반도체는 절연 게이트 양방향 트랜지스터(IBGT)이고,
상기 제1 반도체의 전류조절단자는 게이트(Gate) 단자인 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 회로.
The method according to claim 1,
Wherein the first semiconductor is an insulated gate bidirectional transistor (IBGT)
Wherein the current control terminal of the first semiconductor is a gate terminal.
제1 반도체 스위칭 소자의 고장 상황이 발생하면 싱크핀의 출력이 로우(Low)로 변화시키는 단계;
상기 제1 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자에 축적되었던 전류가 제2 반도체 소자의 전류유입단자와 전류유출단자 사이의 저항을 통하여 상기 싱크(Sink)핀으로 흘러서 상기 저항에 전압을 발생시키는 단계;
상기 저항에 전압이 발생 됨에 따라. 상기 제1 반도체 소자의 전류조절단자에 축적된 전류가 상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유입단자와 전류유출단자를 통하여 그라운드(Ground)로 빠지는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 방법.
Changing the output of the sink pin to a low level when a failure occurs in the first semiconductor switching element;
Causing a current accumulated in a current control terminal of the first semiconductor switching element to flow to the sink pin through a resistor between a current input terminal and a current output terminal of the second semiconductor element to generate a voltage in the resistor;
As the voltage is generated in the resistor. And a step in which a current stored in a current control terminal of the first semiconductor element is grounded through a current input terminal and a current output terminal of the second semiconductor switching element. .
제5항에 있어서,
상기 제1 반도체 스위칭는 절연 게이트 양방향 트랜지스터(IGBT)이고,
상기 제1 반도체의 전류조절단자는 게이트(Gate) 단자이며,
상기 제2 반도체 스위칭 소자는 피엔피 트랜지스터(PNP TR)이고,
상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류조절단자는 베이스(Base)이며,
상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유입단자는 에미터(Emiiter) 단자이고,
상기 제2 반도체 스위칭 소자의 전류유출단자는 콜렉터(Collector) 단자이며,
상기 싱크핀은 오픈 드레인(Open Drain) 방식의 싱크핀 또는 다용도 입출력 포트(GPIO)인 것을 특징으로 하는 소프트 턴-오프 방법.




6. The method of claim 5,
Wherein the first semiconductor switching is an insulated gate bidirectional transistor (IGBT)
The current control terminal of the first semiconductor is a gate terminal,
The second semiconductor switching element is a PNP transistor (PNP TR)
The current control terminal of the second semiconductor switching element is a base,
The current input terminal of the second semiconductor switching element is an emitter terminal,
The current outlet terminal of the second semiconductor switching element is a collector terminal,
Wherein the sink pin is an open drain sink pin or a multipurpose input / output port (GPIO).




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